محققان یک قدم به تشکیل ابررساناها در دمای اتاق نزدیک‌تر شدند_دلچسب

در طول یک قرن قبل از زمان کشف ابررساناها، خواص اسرارآمیز اتمی آن‌ها محققان را شگفت‌زده کرده است. این مواد خاص به الکتریسیته اجازه خواهند داد که بدون اتلاف انرژی از آن‌ها عبور کند. اما این ویژگی ابررساناها فقط در دماهای زیاد پایین، نزدیک به صفر مطلق (منفی ۲۷۳.۱۵ درجه سانتیگراد) کار می‌کند. اکنون محققان دریافتند که مشخصه الزامی یک ابررسانا  – که جفت‌شدگی الکترون (Electron pairing) نامیده می‌شود – در دماهای زیاد بالاتر از آنچه قبلاً فکر می‌شد نیز رخ می‌دهد.

محققان تا بحال پژوهش‌های مختلفی برای تشکیل مواد ابررسانا در دماهای بالاتر انجام داده‌اند. پیداکردن یا ساختن این چنین ماده‌ای می‌تواند تکنولوژی‌های مدرن از کامپیوتر و تلفنها گرفته تا شبکه برق و حمل‌ونقل را دگرگون کند. علاوه‌براین، حالت کوانتومی بی همتا ابررساناها، این مواد را برای ساخت کامپیوترهای کوانتومی ایده‌آل می‌کند.

اکنون بر پایه گزارش ScienceAlert، محققان دانشگاه استنفورد جفت‌شدگی الکترون را در دماهای زیاد بالاتر و در ماده‌ای که انتظارش را نداشتند (یک عایق ضدفرومغناطیسی) یافتند. اگرچه این ماده مقاومت الکتریکی صفر نداشت، اما این پژوهش می‌تواند به محققان در یافتن راه‌هایی برای مهندسی مواد شبیه و تبدیل آن‌ها به ابررساناها در دماهای بالاتر، پشتیبانی کند.

جفت‌شدگی الکترون‌ها چیست؟

محققان زمان‌ها است می‌دانند که برای ابررساناشدن یک ماده، الکترون‌ها باید جفت شوند و این جفت‌شدگی نیز باید منسجم و هماهنگ باشد. اگر الکترون‌ها جفت شوند اما نامنسجم باشند، امکان پذیر این ماده یک عایق الکتریکی باشد.

در ابررساناها، الکترون‌ها همانند دو نفر در یک مهمانی رقص عمل می‌کنند. در ابتدا هیچ یک از دو نفر مایل نیست با فرد دیگر برقصد. اما بعد از آن که دی‌جی آهنگی را پخش می‌کند که هر دو نفر آن را دوست دارند، آن‌ها فهمید علاقه یکدیگر به آهنگ خواهد شد و به سمت هم می‌روال: در اینجا الکترون‌ها جفت خواهد شد، اما تا این مدت منسجم نشده‌اند.

سپس دی‌جی آهنگ جدیدی را پخش می‌کند، آهنگی که هر دو نفر کاملاً آن را دوست دارند. یک دفعه دو نفر جفت خواهد شد و اغاز به رقصیدن می‌کنند. سپس همه افراد حاضر در مهمانی رقص هماهنگی انجام خواهند داد و دور هم جمع خواهد شد. در این مرحله، مهمانی یک رقص منسجم دارد و به عبارتی در حالت ابررسانا قرار می‌گیرد.

در مطالعه تازه، محققان الکترون‌ها را در مرحله میانی مشاهده کردند، جایی که الکترون‌ها چشم‌ در چشم شده‌اند، اما تا این مدت رقص را اغاز نکرده‌اند.

تشکیل ابررساناها در دمای بالاتر

در این پژوهش که نتایج آن در Science منتشرشده، دانشمندان به سراغ خانواده ابررسانای کوپرات رفتند که حداکثر دمای ابررسانای آن در قیاس با دیگر مواد نسبتاً پایین می بود (۲۵ درجه کلوین). برای بازدید خواص ابررسانای این مواد در دمای بالاتر، محققان نور فرابنفش را به مثالهای خود تاباندند.

اکسید مس نئودیمیم سریم که محققان مورد مطالعه قرار دادند، همانند یک ابررسانای معمولی است که این اتفاق را در بالای ۲۵ درجه کلوین (منفی ۲۴۸ درجه سانتی‌گراد) نشان نمی‌دهد؛ بااین‌حال هنگامی که الکترون‌ها جفت شدند، مقاومت کمتری در برابر افزایش دما داشتند و الکترون‌های کمتری به بیرون پرتاب شدند؛ یعنی ماده با شدت کمتری انرژی خود را از دست داد.

طبق معمولً هنگامی ذرات فوتون‌ نور به کوپرات‌ها برخورد می‌کنند که الکترون‌های جفت‌نشده دارند، فوتون‌ها انرژی کافی به الکترون‌ها خواهند داد تا از ماده خارج شوند و علتازدست‌دادن انرژی بسیاری خواهد شد. اما الکترون‌های جفت‌شده در ماده محققان، توانستند در برابر بیرون‌رانده‌شدن مقاومت کنند و انرژی مقداری از دست رفت.

محققان مشاهده کردند که مواد آن‌ها انرژی بیشتری را تا دمای منفی ۱۳۳ درجه سانتیگراد نیز نگه داری می‌کند. اگرچه تا این مدت تا رسیدن به ابررسانایی با مقاومت الکتریکی صفر در دمای اتاق، راه بسیاری باقی مانده، اما محققان می‌گویند بینشی برای نزدیک‌شدن به این مقصد کسب کرده‌اند.